周亞斌

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輥磨軸承座鑄造缺陷現(xiàn)場(chǎng)處理方案

周亞斌

輥磨集細(xì)碎、烘干、粉磨、選粉、輸送于一體，具有占地面積小、工藝流程簡(jiǎn)單、粉磨效率高、能耗低、噪音小、烘干能力大、產(chǎn)品細(xì)度易于調(diào)節(jié)、無粉塵污染和檢修方便、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，被廣泛用于冶金、電力、水泥、化工、陶瓷、非金屬礦、電廠脫硫、水渣、礦渣、爐渣、煤炭、水泥熟料、玻璃、石英、石灰石等行業(yè)的大規(guī)模物料粉磨和超細(xì)粉磨加工。隨著輥磨使用范圍的擴(kuò)大，普及率的提高，輥磨的一些維修問題引起我們的關(guān)注。LM輥磨磨機(jī)搖臂軸承座采用鑄造結(jié)構(gòu)，因鑄造缺陷及頻繁沖擊載荷造成的損壞，現(xiàn)場(chǎng)雖不常見，但因軸承座尺寸較大，現(xiàn)場(chǎng)修理受到場(chǎng)地、工具、精度要求等因素制約而難以實(shí)施和控制。本文將結(jié)合摩洛哥SATTET項(xiàng)目的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)介紹磨機(jī)軸承座的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)（磨機(jī)修復(fù)至今已有10年時(shí)間，經(jīng)受了時(shí)間的檢驗(yàn)，目前磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好）。

摩洛哥SATTET水泥磨磨機(jī)采用LM56.3+3磨機(jī)。磨機(jī)在安裝結(jié)束后的檢查中發(fā)現(xiàn)3號(hào)軸承座存在鑄造缺陷，鑄件表面有肉眼可見的裂紋。經(jīng)與HOLCIM業(yè)主及LOESCHE焊接專家討論，決定在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施修補(bǔ)作業(yè)。通過12d的修補(bǔ)工作，修復(fù)了軸承座的缺陷，并將軸承座的尺寸偏差控制在了正常工作允許的偏差范圍內(nèi)，具體操作步驟見圖1。

1修復(fù)步驟1——畫線

畫線是用來確定缺陷存在的區(qū)域，根據(jù)構(gòu)件表面的裂紋位置來選取切割點(diǎn)，用切割機(jī)對(duì)存在缺陷的部位進(jìn)行切割，將存在缺陷的組織進(jìn)行徹底清理。

圖1　磨機(jī)軸承座修復(fù)步驟

畫線首先應(yīng)對(duì)軸承座進(jìn)行超聲波探傷，根據(jù)探傷結(jié)果初步確定存在缺陷的位置和深度，再對(duì)軸承座表面進(jìn)行標(biāo)識(shí)；其次根據(jù)標(biāo)識(shí)線用切割機(jī)對(duì)軸承座進(jìn)行切割，觀察內(nèi)部缺陷的形狀、性質(zhì)以及程度。注意事項(xiàng)：如是橫向裂紋，為防止裂紋在切割的過程中受外力而繼續(xù)擴(kuò)大，可在裂紋的兩端用鉆頭鉆止裂孔，可以很好地控制裂紋的擴(kuò)大。切割時(shí)為確保缺陷全部清理，且防范缺陷向軸承座縱深發(fā)展，建議在缺陷存在的上方一定距離并與水平呈30h角的位置開始切割（既可減少切割量又可獲得較好的切割效果），切割順序見圖2。根據(jù)超聲波探傷初步確定的缺陷位置，計(jì)算出底部水平切割線距離缺陷的距離H1（取1cm）和缺陷上部的斜切線距離缺陷的距離H2（高出缺陷～1cm）。在實(shí)際切割的過程中，注意對(duì)切割完成的表面進(jìn)行著色探傷，如發(fā)現(xiàn)缺陷仍存在，則必須選取適當(dāng)?shù)奈恢茫℉2～HX）繼續(xù)切割直至所有的缺陷完全剔除。為防止軸承座變形過大，缺陷的剔除宜采用手持切割機(jī)進(jìn)行切割，不能使用碳弧氣刨。具體步驟見圖3～6所示的順序。

圖2　確定缺陷區(qū)域畫線示意圖

圖3　確定存在缺陷的區(qū)域

圖4　對(duì)確定存在缺陷的區(qū)域進(jìn)行切割

圖5　著色檢查

圖6　直至所有缺陷清除完畢，畫線工作結(jié)束

2修復(fù)步驟2——預(yù)熱

軸承座鑄件使用的材料是焊接性能較好的鑄鋼：G20Mn5+N（N代表正火處理），材料特性如表1和表2所示。

因?yàn)檩S承座部件體積較大，焊接是在極狹小的范圍內(nèi)，易造成急熱，而冷卻速度又像油淬作業(yè)一樣迅速，焊接熱影響區(qū)比母材硬度高得多，這會(huì)助長焊道下裂縫或焊趾裂縫的發(fā)生。為了防止淬硬，可采取預(yù)熱母材的辦法。預(yù)熱能減緩焊后的冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴(kuò)散氫的逸出，避免產(chǎn)生氫致裂紋。同時(shí)也可減少焊縫及熱影響區(qū)的淬硬程度，提高焊接接頭的抗裂性。預(yù)熱還可降低焊接應(yīng)力，減少焊接區(qū)域與被焊工件之間的溫度差（也稱為溫度梯度）。這樣，一方面可降低焊接應(yīng)力，另一方面，可降低焊接應(yīng)變速率，有利于避免產(chǎn)生焊接裂紋。預(yù)熱到多少度才有效果？這主要應(yīng)根據(jù)材料的成分來決定，通常以含碳量或碳當(dāng)量來規(guī)定預(yù)熱的溫度。采用Seferain法的預(yù)熱溫度計(jì)算公式如下：

這種方法考慮了碳當(dāng)量及板厚兩個(gè)因素，碳當(dāng)量的計(jì)算公式［1］為：

［C］c=C+40（Mn+Cr）/360+20Ni/ 360+28Mo/360（1）

另外引入了一個(gè)板厚碳當(dāng)量［C］t

［C］t=0.005t［C］c（2）式中：t——板厚，mm

總的碳當(dāng)量

［C］=［C］c+［C］t=［C］c+（1+0.005t）（3）設(shè)預(yù)熱溫度為Tp

預(yù)熱溫度可由式（4）得出，結(jié)合表1、2中數(shù)據(jù)，通過計(jì)算預(yù)熱溫度應(yīng)控制在200℃左右。

表1　化學(xué)成分，%

表2　熱處理及力學(xué)性能

加熱工具可以使用電加熱（采用高溫伴熱帶可以加熱到190℃，具有升溫效果好、溫度恒溫控制、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，推薦使用），也可以使用烘槍加熱（禁忌使用氣割槍進(jìn)行加熱），具體視現(xiàn)場(chǎng)條件決定。本次修復(fù)工作因受當(dāng)?shù)貤l件限制，采用的是烘槍加熱。

注意事項(xiàng)：為了防止軸承座在加熱過程中產(chǎn)生形變，在加熱之前應(yīng)將軸承座上下蓋用螺栓擰緊，端部用端蓋擰緊（見圖7）。加熱宜緩慢加熱，溫升速度不能過快，烘槍應(yīng)圍繞著焊接處四周進(jìn)行均勻加熱，禁忌烘槍在一處長時(shí)間加熱，以防局部溫度過高。加熱過程中用紅外線測(cè)溫槍，時(shí)時(shí)檢測(cè)加熱溫度，防止軸承座過熱變形。

圖7　軸承座端部用端蓋進(jìn)行固定

3修復(fù)步驟3——堆焊

軸承座的施焊預(yù)熱溫度＜300℃，故屬于冷焊范疇，宜采用焊條電弧焊對(duì)軸承座進(jìn)行施焊。焊條的選擇，打底焊接選用直徑較小的? 2.5mm焊條，焊接電流設(shè)置為～110A，這樣焊條可以深入根部，很好地控制電弧長度，從而避免焊接不透的缺陷。堆焊焊條的直徑也應(yīng)選用小直徑的焊條（?3.2mm焊條），這樣可以減少輸入焊件的熱量。在保證焊條與軸承座金屬基本融合的前提下，焊接電流也盡量采用小電流進(jìn)行施焊，以免焊接溫度過高產(chǎn)生應(yīng)力。焊條型號(hào)的選擇最基本的設(shè)想，應(yīng)當(dāng)是選用焊接金屬與母材成分相同的焊條。但是現(xiàn)在生產(chǎn)的焊條中很難找到焊接金屬成分與中碳、高碳鋼、低合金鋼成分相同的焊條，最好選用由同樣熱處理后、在抗拉強(qiáng)度或硬度大體上差不多的焊條?？梢赃x用國內(nèi)的Z116低氫焊條，本案使用的是摩洛哥當(dāng)?shù)夭少彽臍W洲牌號(hào)的焊條。補(bǔ)焊前，應(yīng)首先檢查焊條是否預(yù)熱，一般焊條應(yīng)經(jīng)150～250℃烘干1h。預(yù)熱后的焊條應(yīng)置保溫箱中，做到隨用隨取。焊條反復(fù)預(yù)熱3次，若焊條表面藥皮有脫落、開裂和生銹，應(yīng)不予使用。為減少殘余應(yīng)力，可采用水平疊置法進(jìn)行焊接。每層焊層之間應(yīng)完全清除焊渣，注意不要出現(xiàn)氣孔、熔深不良等缺陷。為防止焊接處脹大，出現(xiàn)難于矯正的變形，或者由于熔敷金屬的收縮，產(chǎn)生大的應(yīng)力，以致在焊接中產(chǎn)生裂縫，應(yīng)在每層焊道上進(jìn)行錘擊（見圖8），務(wù)必使熔敷金屬得到延伸。錘擊時(shí)的溫度通常在100～200℃為宜，在這個(gè)溫度內(nèi)能有效防止氫脆。錘擊的方式可使用手錘或風(fēng)鏟等方法。但應(yīng)注意：如果錘擊過重過激，反而容易形成塑性變形，會(huì)在變形處引起裂縫，因此應(yīng)很好掌握錘擊的程度。

圖8　焊后錘擊釋放焊接應(yīng)力

注意事項(xiàng)：焊接過程中應(yīng)注意觀測(cè)焊接區(qū)域的溫度變化，不可高強(qiáng)度連續(xù)施焊，避免局部溫度過高。焊接的過程中要保持軸承座的整體溫度≮150℃，需要持續(xù)對(duì)軸承座進(jìn)行加熱（見圖9），全部焊接完成后，為避免熱影響區(qū)域?qū)饘俅阌玻瑴p慢冷卻速度，防止冷裂紋產(chǎn)生，要對(duì)軸承座進(jìn)行保溫處理，以使軸承座緩冷（見圖10），焊后不需對(duì)軸承座進(jìn)行熱處理。軸承座冷卻后對(duì)焊接部位進(jìn)行探傷檢查，確保焊接質(zhì)量（見圖11）。

圖9　焊前預(yù)熱

圖10　焊后保溫

圖11　焊接質(zhì)量檢查

4修復(fù)步驟4——打磨與拋光

軸承座在堆焊修復(fù)處理前后，雖然在焊接的整個(gè)過程中從軸承座本體加固到焊接工藝上采取了減少形變的措施，但仍不可避免地會(huì)產(chǎn)生形變。如何在有限的現(xiàn)場(chǎng)條件下，消除形變帶來的不利影響，從而使軸承座的圓柱度和粗糙度要求達(dá)到圖紙值、滿足使用要求，是修復(fù)的關(guān)鍵所在。

德國專家推薦的方案是使用專用的鏜孔機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)軸承座進(jìn)行鏜孔處理，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以很好地保證加工精度，其缺點(diǎn)是，專用設(shè)備的使用成本高，現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)間長。與德國專家協(xié)商后決定先采用形變抵消法進(jìn)行處理，此方法是CBMI項(xiàng)目總監(jiān)魯鳳鳴同志結(jié)合自己多年的經(jīng)驗(yàn)所提出的方法。其核心思想是利用金屬的熱變形抵消堆焊階段所產(chǎn)生的焊接形變。此方法的操作關(guān)鍵在于以下幾點(diǎn)：

（1）準(zhǔn)確測(cè)量出軸承座的形變量和形變方向，從而確定出施加熱變形的區(qū)域和程度，注意要在軸承座完全冷卻的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量。

（2）熱變形施加區(qū)域大小及位置的確定以及內(nèi)部溫度的控制完全需要依靠豐富的焊接經(jīng)驗(yàn)來確定，沒有準(zhǔn)確的計(jì)算公式可用。具體實(shí)施中注意不要追求一次成功，通過幾次校正來使軸承座的各項(xiàng)指標(biāo)滿足使用要求。矯正的次數(shù)也不易過多，控制在3次左右為宜。圖12～15是一次完整的矯正過程，每次矯正完后進(jìn)行測(cè)量檢查校正的結(jié)果。

圖12　選擇校正點(diǎn)進(jìn)行切割

圖13　對(duì)校正區(qū)域進(jìn)行焊接

圖14　軸承座內(nèi)部打磨

圖15　軸承座內(nèi)部拋光

軸承座的內(nèi)部打磨先用?150的磨光片，角度與接觸點(diǎn)和圓心的連線垂直，沿水平方向橫向打磨。待打磨區(qū)域的高度接近軸承內(nèi)表面時(shí)改用拋光機(jī)進(jìn)行細(xì)磨，細(xì)磨的方向先橫向再縱向，直至打磨區(qū)域完全和內(nèi)表面一致時(shí)結(jié)束，注意打磨的力度和方向，磨光片與軸承座內(nèi)表面的夾角應(yīng)盡可能的小。

5修復(fù)步驟5——測(cè)量

測(cè)量是檢測(cè)軸承座的形變和各項(xiàng)尺寸的手段。測(cè)量工作與步驟4是交叉進(jìn)行的，為軸承座的修復(fù)提供數(shù)據(jù)支持。測(cè)量工具可以使用內(nèi)徑千分尺，測(cè)量前需要畫出測(cè)量輔助線，先在軸承內(nèi)部沿圓周方向?qū)⑤S承座進(jìn)行12等分（也可更多，越多越準(zhǔn)確）畫線，再沿軸方向?qū)⑤S承座表面進(jìn)行6等分（也可更多）畫線，以保證測(cè)量在同一平面的直徑方向上進(jìn)行，減小測(cè)量誤差（圖13中可以看到所畫的測(cè)量輔助線）。當(dāng)軸承座的所有指標(biāo)達(dá)到圖紙要求時(shí)測(cè)量工作結(jié)束，軸承座的修復(fù)工作也宣告成功完成。

［1］副島一雄，仁熊賢次.焊接技術(shù)叢書--鑄鋼焊接［M］.黑龍江：黑龍江人民出版社，1980. ［2］陳伯蠡.金屬焊接性基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

［3］陳祝年.焊接工程師手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［4］王黎明，王曉，左秀珍，劉廣偉，楊秀英.鋼零件焊接預(yù)熱溫度的確定［A］.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào).2002，14(3).

Field Treatment Scheme of Casting Defects of Roller Mill Machine Bearing Seat

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